掃描狹槽錐形束計算機斷層攝影以及掃描聚焦光斑錐形束計算機斷層攝影制造技術

一種對對象成像的方法，包括：把多個扇形x射線束（212）導向對象（P）；檢測由于所述引導多個x射線束而穿過所述對象（P）的x射線（212）；以及從所檢測到的x射線生成關于所述對象的多個成像數據。所述方法還包括：從所述多個成像數據形成三維錐形束計算機斷層攝影、數字層析x射線照相組合或者兆伏電壓圖像；以及顯示所述圖像。

【技術實現步驟摘要】
掃描狹槽錐形束計算機斷層攝影以及掃描聚焦光斑錐形束計算機斷層攝影申請人根據35 U. S. C. § 119(e)要求于2006年4月14日提交的美國臨時專利申請序列號60/792，207的優先權的權益，該申請的全部內容被合并在此以作參考。
本專利技術總體上涉及一種成像系統，所述成像系統采用了一個或多個狹槽(slot)， 以便利用被用來對對象進行成像的X射線來掃描該對象。
技術介紹
一種已知的X射線成像系統是X射線錐形束計算機斷層攝影系統。錐形束計算機斷層攝影系統的機械操作類似于傳統的計算機斷層攝影系統的機械操作，其不同之處在于，在錐形束計算機斷層攝影系統中，通過源和檢測器的至多單次旋轉來采集整個體積圖像。這是通過使用二維(2D)檢測器而成為可能的，從而與用在傳統的計算機斷層攝影中的一維(ID)檢測器不同。在美國專利No. 6，842，502中描述了一種已知的錐形束計算機斷層攝影成像系統的例子，該專利的全部內容被合并在此以作參考。該專利描述了錐形束計算機斷層攝影成像系統的實施例，其包括千伏電壓X射線管和具有非晶硅檢測器陣列的平板成像器。當患者躺在治療臺上，所述X射線管和平板成像器一致地圍繞所述患者旋轉，以便如上所述地獲取多個圖像。在比如上面描述的錐形束計算機斷層攝影系統中，散射可能是圖像質量降低的一個重要原因。當前的用于 散射校正或抑制的技術包括計算所述散射并且隨后從信號中減去所述散射。但是利用Monte Carlo方法的所述散射計算所需要的時間長度可能長達數小時或數天。此外，在已經從信號中減去了所述散射分布(scatter profile)之后,來自所述散射的噪聲仍然存在，從而使得信噪比降低。在另一種技術中，測量所述散射并且隨后從信號中減去所述散射。但是這種技術會令患者經受附加的輻射曝光和延長的掃描時間，并且需要附加的掃描來測量所述散射分布。此外，來自所述散射的噪聲仍然存在，這將會犧牲信噪比。在又一種技術中，在檢測器前方患者后方定位一柵格，以便阻斷一些散射。但是所述柵格也會部分地阻斷原發(primary)x射線束,從而導致患者經受附加的福射曝光。其他技術通過增大從檢測器到患者的距離來使用氣隙，所述氣隙減少了由所述檢測器所收集的散射。但是由于機械限制，只能把從檢測器到患者的距離增大有限的量。已經知道，其他成像系統的圖像也會遭受散射的影響。一種這樣的成像系統是數字層析X射線照相組合(tomosynthesis)系統。數字層析x射線照相組合系統按照與錐形束計算機斷層攝影相同的方式進行操作，但是其重建圖像的方式不同。與錐形束斷層攝影相比，較小的投影角度范圍對于數字層析X射線照相組合來說是必要的。另一種遭受散射影響的已知的X射線成像系統是兆伏電壓電子射野成像系統(electronic portal imaging system)。兆伏電壓電子射野成像系統的操作類似于數字放射線照相，其不同之處在于，X射線光子具有高得多的能量。X射線源是由線性加速器生成的治療輻射束。所述檢測器可以是由金屬板、閃爍屏和電荷耦合器件(CCD)光電二極管陣列構成的平板檢測器。所述金屬板部分地把光子轉換成電子。所述電子以及穿過所述金屬板的一些光子在閃爍屏上產生可見光。所述可見光被所述CCD光電二極管陣列檢測到并且在計算機顯示器上形成圖像。兆伏電壓射野圖像被用于輻射治療之前進行患者定位。但是由于低檢測效率和散射，兆伏電壓圖像的質量不是最優的。由于所述高X射線光子能量，大多數高能光子穿透所述金屬板和所述閃爍屏而不被檢測到。低檢測效率導致較差的信噪比，因此需要過多的輻射劑量來提供對象的適當圖像。此外，當光子穿過所成像的對象，所述光子被散射并且可以被檢測到。散射光子進一步按照與錐形束計算機斷層攝影和數字層析X射線照相相同的方式降低了圖像對比度并且增加了噪聲。在錐形束計算機斷層攝影系統中，通常使用平板檢測器來檢測X射線光子。平板檢測器可以包括閃爍屏和電荷耦合器件光電二極管陣列。所述閃爍屏把X射線光子轉換成可見光光子。所述可見光光子隨后被光電二極管陣列檢測到。這種平板檢測器在信噪比、 檢測效率方面的性能不如用在診斷螺旋計算機斷層攝影掃描器中的分立的X射線檢測器。 高噪聲水平和低檢測效率導致較差的低對比度區分和噪聲更多的圖像。此外還可能由平板成像器的非最優性能導致圖像質量的進一步降低。在錐角較大(>5度)時存在近似重建偽像。在各種傳統的錐形束計算機斷層攝影、兆伏電壓和數字層析X射線照相成像系統中，被成像的對象可能會經受成像輻射的不均勻穿透，因為所述對象的較薄部分不需要像較厚部分那么密集的成像輻射。如圖1中所示，這種系統100 (不包括兆伏電壓成像系統) 可以包括蝴蝶結狀濾波器(bow-tie filter) 102，其用來調制患者/對象106上的射束強度分布104。所述蝴蝶結狀濾波器102是一塊X射線衰減材料，其在外部較厚 ，在中心處較薄。所述濾波器102與由X射線源110生成的X射線錐形束108相互作用以便調制所述射束強度分布，從而把強度較低的X射線束遞送到所成像的對象的較薄部分。這種濾波器102 的一個缺陷在于，所成像的對象的厚度對于不同位置是不同的。例如，患者頭部的厚度不同于同一患者的骨盆的厚度。此外，所成像的對象的厚度隨著成像角度而改變。例如，比起從橫向方向成像的情況，所述骨盆在從上到下方向被成像時較薄。由于所述強度分布是由蝴蝶結狀濾波器生成的，因此利用蝴蝶結狀濾波器的當前射束強度調制無法適應所成像的對象的不同形狀和輻射束角度。相應地，本專利技術的一個目的是減少在錐形束計算機斷層攝影系統、數字層析X射線照相系統和兆伏電壓射野成像系統中所生成的散射。本專利技術的另一個目的是消除在錐形束計算機斷層攝影系統和數字層析X射線照相系統中使用蝴蝶結狀濾波器的需要，以及基于所成像的對象的形狀和射束角度動態地調制射束強度。本專利技術的另一個目的是提高兆伏電壓射野成像系統的檢測效率。
技術實現思路
本專利技術的一方面涉及一種錐形束計算機斷層攝影系統，其包括發射X射線束的X 射線源；截取所述X射線束的狹槽，從而使得多個扇形X射線束從所述狹槽朝向對象發出。 所述系統包括檢測器，所述檢測器接收穿過所述對象之后的扇形X射線，并且對于每一個所接收到的扇形X射線生成成像信號。把計算機連接到所述檢測器以便接收對于每個所接收到的扇形X射線的成像信號，其中所述X射線源、狹槽以及檢測器圍繞所述對象旋轉，從而使得由所述計算機重建多個成像信號，以便從中生成三維錐形束計算機斷層攝影圖像。 所述系統還包括顯示器，所述顯示器連接到所述計算機并且顯示所述三維錐形束計算機斷層攝影圖像。本專利技術的第二方面涉及一種對對象成像的方法，其包括i)從X射線源朝向對象發射扇形X射線束；ii)利用檢測器檢測由于發射X射線束而穿過所述對象的X射線；以及 Iii)從所檢測到的X射線生成所述對象的圖像數據。所述方法包括iv)相對于所述對象旋轉所述X射線源和所述檢測器；以及持續重復步驟i) -1V)，直到生成關于所述對象的數量足夠多的成像數據，以便從中形成三維錐形束計算機斷層攝影圖像。所述方法包括從所述數量足夠多的成像數據形成三維錐形束計算機斷層攝影圖像；以及顯示所述三維錐形束計算機斷層攝影圖像。本專利技術的第三方面涉及一種本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種錐形束計算機斷層攝影系統，包括：x射線源，其發射x射線束；狹槽，其截取所述x射線束，從而使得多個扇形x射線束從所述狹槽朝向對象發射，其中所述狹槽相對于所述x射線源移動；檢測器，其在扇形x射線穿過所述對象之后接收所述扇形x射線，所述檢測器為每一個所述接收到的扇形x射線生成成像信號；以及計算機，其連接到所述檢測器以便接收用于每一個所述接收到的扇形x射線的所述成像信號，其中所述x射線源、所述狹槽以及所述檢測器圍繞所述對象旋轉，從而使得通過所述計算機重建多個成像信號，以從中生成三維錐形束計算機斷層攝影圖像；以及顯示器，其連接到所述計算機并且顯示所述三維錐形束計算機斷層攝影圖像。

【技術特征摘要】
2006.04.14 US 60/792207書，本發明的附加的目的、優點和特征將變得顯而易見。附圖說明[0032]圖1描繪了利用蝴蝶結狀濾波器的已知的錐形束計算機斷層攝影系統；圖2a是根據本發明的與放射治療源相結合使用的掃描狹槽錐形束計算機斷層攝影系統的第一實施例和兆伏電壓射野成像系統的第一實施例的透視圖；圖2b是根據本發明的與放射治療源相結合使用的掃描狹槽錐形束計算機斷層攝影系統的第二實施例和兆伏電壓射野成像系統的第二實施例的正面透視圖；圖2c是根據本發明的掃描狹槽錐形束計算機斷層攝影系統的第三實施例的側視圖； 圖3a和3c描繪了根據本發明實施例的在垂直于掃描方向的平面內取得的圖2的掃描狹槽錐形束計算機斷層攝影系統的橫截面圖；圖3b和3d描繪了在與圖3a和3c的平面橫交的平面內取得的圖2的掃描狹槽錐形束計算機斷層攝影系統的橫截面圖；圖4描繪了根據本發明的用于圖2a具體實施方式[0033]現在參照圖2對于系統500 (不管其使用圖11還是圖12的x射線源)的一種可能的變型是對于所述準直器522使用矩形狹槽524以及把檢測器504的各個檢測元件朝向所述旋轉等中心O聚焦，正如圖10和13a中所示出的那樣。雖然這種變型并不是理想情況，但是其確實說明了準錐形束計算機斷層攝影與傳統的錐形束計算機斷層攝影之間的關系。例如，圖13a 示出了 X射線束212在所述X射線源502、600和檢測器陣列504的單一位置處掃描過患者或對象，其中，所述X射線源502、600垂直于線性檢測器陣列504。術語Sn表示所述電子撞擊所述陽極510的每一個單獨的聚焦光斑。術語Dn表示所述檢測器504的每一個單獨的檢測器的位置。如前面所解釋的那樣，通過相應的狹槽524把在聚焦光斑處生成的X射線束準直成扇形束212。在圖13a中用三角形區域511-01(|(|-0_·來指示扇形束。隨著所述x射線束沿著S8-S_8掃描，其形成四面體體積。因此，在所述X射線源502、600和檢測器陣列504 的單一位置處掃描的體積不是錐形的，所述錐形體積在傳統的錐形束計算機斷層攝影中是由點源和二維檢測器形成的。可以把該新成像系統稱作準錐形束計算機斷層攝影，以便區別于傳統的錐形束系統。應當注意到，作為一種替換方案，可以用線性檢測器陣列來替代所述彎曲檢測器陣列。[0074]圖13b示出了通過準錐形束計算機斷層攝影在多個機架位置處掃描的體積，其中 D-100-D0-D100是檢測器504的各分立檢測器，Sj-Stl-S8是從準直器522的各狹槽524發出的 X射線束212。如圖13a中所示，Dtl-Sj-S8形成三角平面。在所述鼓210 (或者圖2b的支座308或者圖2c的C形臂218)順時針旋轉的同時，所述檢測器Dtl移動到Dtl’，并且所述x射線束移動到S_8:8’，正如圖13b中所示出的那樣。另一個檢測器占據與原始位置Dtl完全相同的位置。由該檢測器和源陣列S_8’ _S8’形成具有傾斜角的新平面。隨著旋轉繼續，形成越來越多的具有更大錐角的平面。如圖13c所示，通過把這些平面層疊在一起獲得錐體積。因此，通過對所述數據進行重新排序，準錐形束計算機斷層攝影幾何形狀與傳統的錐形束計算機斷層攝影系統完全相同。用于傳統的錐形束計算機斷層攝影的相同的圖像重建算法可以被用于準錐形束計算機斷層攝影的圖像重建。[0075]如上所述，把所述檢測器504的各單獨的檢測元件聚焦在所述旋轉等中心上并不是最優的設計。系統500的最優變型是把檢測器504的各單獨的檢測器元件聚焦在所述X 射線源502上，從而使得X射線串擾被最小化，并且可以使用準直器來進一步抑制散射。這種配置還允許在所述檢測器上更簡單地安裝準直器柵格，以便提供對平面內散射的進一步抑制。在這種變型中，如圖14a中所示，準錐形束計算機斷層攝影在幾何形狀方面與錐形束計算機斷層攝影略有不同。所述配置基本上與圖13b中相同，其不同之處在于，所述檢測器聚焦到所述X射線源。在所述機架旋轉到另一個角度之后，線St8-Dtl上的檢測器不完全位于檢測器的原始位置Dtl處。其略微向下偏移。所述偏移隨著機架角度增大。因此，在經過重新排序之后，所述錐不具有如圖14b中示意性地示出的唯一的頂點。[0076]應當注意到，對于利用如圖1la權利要求1.一種錐形束計算機斷層攝影系統，包括X射線源，其發射X射線束；狹槽，其截取所述X射線束，從而使得多個扇形X射線束從所述狹槽朝向對象發射，其中所述狹槽相對于所述X射線源移動；檢測器，其在扇形X射線穿過所述對象之后接收所述扇形X射線，所述檢測器為每一個所述接收到的扇形X射線生成成像信號；以及計算機，其連接到所述檢測器以便接收用于每一個所述接收到的扇形X射線的所述成像信號，其中所述X射線源、所述狹槽以及所述檢測器圍繞所述對象旋轉，從而使得通過所述計算機重建多個成像信號，以從中生成三維錐形束計算機斷層攝影圖像；以及顯示器，其連接到所述計算機并且顯示所述三維錐形束計算機斷層攝影圖像。2.權利要求1的錐形束計算機斷層攝影系統，其中所述X射線源包括千伏X射線源。3.權利要求1的錐形束計算機斷層攝影系統，其中所述狹槽圍繞所述X射線源旋轉。4.權利要求1的錐形束計算機斷層攝影系統，其中所述狹槽相對于包含所述X射線源的外罩靜止。5.權利要求1的錐形束計算機斷層攝影系統，其中所述檢測器是平板成像器。6.權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張鐵志，
申請(專利權)人：威廉博蒙特醫院，
類型：發明
國別省市：